WO2007007384A1 - 積層型の反射型液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

　コレステリック液晶のフォーカルコニック状態における散乱を減少させたコントラストの高い積層型の反射型液晶表示素子が記載されている。異なる選択反射波長を有するコレステリック液晶の液晶層（１Ｂ、１Ｇ、１Ｒ）をそれぞれ有する２枚以上の液晶パネル（１０Ｂ、１０Ｇ、１０Ｒ）を積層した積層型の反射型液晶表示素子であって、選択反射波長の長い液晶を注入した液晶層を有する液晶パネルほど、パネルに施した液晶層の配向規制力が小さい。

Description

明 細 書

積層型の反射型液晶表示素子

技術分野

[0001] 本発明は、積層型の反射型液晶表示素子に関し、特に異なる選択反射波長を有 するコレステリック液晶の液晶層をそれぞれ有する 2枚以上の液晶パネルを積層した 積層型の反射型液晶表示素子に関する。

背景技術

[0002] 近年、電源が無くても表示保持可能で、電気的に書換えが可能な電子ぺーパの技 術分野が急速に発展している。電子ぺーパは、電源を切断してもメモリ表示可能な 超低消費電力と目にやさしぐ疲れない反射型の表示と紙のような可撓性のあるフレ キシブルで薄型の表示体の実現を目指している。電子ブック、電子新聞、電子ポスタ 一等の応用が進められている。表示方式としては、帯電粒子を空気中や液体中で移 動させる電気泳動方式、二色に色分けした帯電粒子を回転させるツイストボール方 式、有機 EL方式、液晶層の干渉反射を利用した双安定性のある選択反射型のコレ ステリック液晶方式の開発が進められている。

[0003] このような各種方式の中で、コレステリック液晶方式は、「メモリ機能」、「低電力化」、 「カラー化」などの面で優位である。特に、コレステリック液晶方式は、カラー表示にお いては、圧倒的に有利である。コレステリック液晶方式以外の方式は、画素ごとに 3色 に塗り分けたカラーフィルタを配置させなければならないため、明るさが最大でも 3分 割に相当した 1Z3になり、現実的とはいえない。これに対して、コレステリック液晶方 式は、液晶の干渉で色を反射するため、積層するだけでカラー表示が可能であり、 5 0パーセントに近い又はそれ以上の明るさが得られるという利点がある。コレステリック 液晶方式のカラー表示素子については、例えば、特許文献 1 (特開 2002— 116461 号公報)などに記載されて 、る。

[0004] 図 1A及び図 1Bは、コレステリック液晶による表示の原理を説明する図である。図示 のように、パネルは、透明な基板 3及び 4の間に液晶層 1を挟持した構成を有する。 基板 3が表示面側の基板である。基板 4の外側の面には黒色の光吸収層 5が設けら れる。コレステリック液晶は、基板表面に平行に層をなす状態と垂直方向に層をなす 状態の 2つの安定的な状態がある。この 2つの状態は、電気的に切り替え可能であり 、電源を供給しなくとも、 2つの状態が保持できる双安定性の特徴をもつ。

[0005] 図 1の (A)に示すように、基板 3及び 4に設けられた電極（図示せず）に高電圧を印 加すると、螺旋状に連なる液晶分子 2の螺旋軸が、基板 3及び 4に垂直な方向に配 列し、基板面に平行な層をなす状態になる。この状態をプレーナ (Planar)状態と呼ぶ 。プレーナ状態の液晶層は、液晶分子の螺旋ピッチに応じた波長の光を選択的に反 射 (選択反射)し、特定の色を呈して、反射表示される。これが明状態 (反射状態)で ある。この時、反射される光は螺旋ピッチの回転方向に応じて左右どちらかの一方の 円偏光となる。

[0006] 反射が最大となる波長 λは、液晶の平均屈折率 η、螺旋ピッチ ρから次の式で示さ れる。

[0007] λ =η·ρ

一方、反射帯域 Δ λは液晶の屈折率異方性 Δ ηに伴って大きくなる。

[0008] これに対して、図 1の（Β)に示すように、基板 3及び 4に設けられた電極に低電圧を 印加すると、螺旋状に連なる液晶分子 2の螺旋軸が、基板 3及び 4に平行な方向に 配列した状態になる。この状態をフォーカルコニック (Focal Conic)状態と呼ぶ。フォー カルコニック状態では、干渉反射は生じないため、素子に入射した光は透過し、基板 4の光吸収層 5に吸収される。これが暗状態 (透過状態)である。反射状態でも、反射 されない光は、液晶層を透過するだけなので、下層に異なる色を反射させる液晶層 を配置させることにより，反射色を合成することが可能となる。

[0009] 干渉反射であるため、明状態で反射される光は、波長により変化する。そのため、 液晶の螺旋ピッチを設定することにより、反射光が赤色 (R)、緑色 (G)及び青色 (B) を呈するパネルが得られる。

[0010] 図 2は、 3枚のパネルを積層してカラー表示を可能にしたカラーコレステリック液晶 表示装置の概要を示す図である。図示のように、表示面側から順に、青色 (B)のパネ ル 10B、緑色（G)のパネル 10G、赤色（R)のパネル 10Rを積層して液晶表示素子 9 を構成する。駆動回路 11は、フレキシブルケーブル 12B、 12G、 12Rを介して各パ ネルの電極に接続される。駆動回路 11から各パネルの電極に電圧を印加することに より、各パネルの電極に対応したセルを明状態と暗状態にすることができ、画像を表 示できる。各パネルは、マトリクス電極を備え，ドットマトリクス表示が可能である。

[0011] 図 3は、図 2の液晶表示素子 9の断面図を示す図である。電極は図示を省略してい る。各パネル 10B、 10G、 10Rは、透明な基板 3及び 4の間にそれぞれ液晶層 1B、 1 G、 1Rを挟持した構成を有し、液晶層はシール 6で封止されている。パネル 10B、 10 G、 10Rは、表示面側力もこの順に配置され、パネル 10B、 10Gは第 1の接着層 7で 接着され、パネル 10G、 10Rは、第 2の接着層 8で接着されている。パネル 10Rの表 示面側と反対側の基板の外側の面には、黒色の光吸収層 5が設けられている。以下 の説明では、表示面側のパネル 10Bを第 1の（青色)パネル、その液晶層 1Bを第 1の (青色）液晶層、第 1のパネルの次のパネル 10Gを第 2の（緑色）パネル、その液晶層 1Gを第 2の（緑色）液晶層、第 2のパネルの次のパネル 10Rを第 3の（赤色）パネル、 その液晶層 1Rを第 3の（赤色)液晶層と称する。

[0012] 第 1のパネル 10Bを明（反射)状態にし、第 2及び第 3のパネル 10G、 10Rを暗 (透 過)状態にすると、青色の表示が行われる。同様に、第 2のパネル 10Gを明（反射)状 態にし、第 1及び第 3のパネル 10B、 10Rを暗 (透過）状態にすると、緑色の表示が行 われ、第 3のパネル 10Rを明（反射)状態にし、第 1及び第 2のパネル 10B、 10Gを暗 (透過）状態にすると、赤色の表示が行われる。更に、第 1及び第 2のパネル 10B、 10 Gを明（反射)状態にし、第 3のパネル 10Rを暗 (透過）状態にすると、シアン色の表 示が行われ、第 2及び第 3のパネル 10G、 10Rを明（反射)状態にし、第 1のパネル 1 OBを暗 (透過）状態にすると、黄色の表示が行われ、第 1及び第 3のパネル 10B、 10 Rを明（反射)状態にし、第 2のパネル 10Gを暗 (透過）状態にすると、マゼンタ色の表 示が行われる。また、第 1から第 3のパネル 10B、 10G、 10Rをすベて明（反射)状態 にすると、白色の表示が行われ、第 1から第 3のパネル 10B、 10G、 10Rをすベて喑（ 透過）状態にすると、黒色の表示が行われる。

[0013] コレステリック液晶による反射型液晶表示方式では、上記のようにプレーナ状態を「 明状態」、フォーカルコニック状態を「暗状態」として表示に利用する。表示特性として の明度は、プレーナ状態（明状態)の反射率が大きいほど良好となり、コントラストはフ オーカルコニック状態（暗状態)での透明度が高 、ほど良好となる。

[0014] 前述のように、プレーナ状態での反射光は、左右どちらか一方の円偏光となるため 、最大でも 50%の反射率となる。高明度化を実現する方法の一つとして、液晶界面 に液晶分子の配向を規制する配向規制力を加えることで、プレーナ状態での螺旋ピ ツチの螺旋軸を揃え、選択反射光に指向性を持たせることで、特定方向 (観察方向） への反射率を高める方法が知られて 、る。

[0015] 配向規制力を加える方法としては、液晶界面に配向膜を形成し、配向膜の表面に ラビング処理を施す方法や、液晶界面に光配向膜を形成し、光配向膜の表面に紫 外光を照射する方法、又はそれらを組み合わせたハイブリッド方法が一般的である。 配向膜又は光配向膜を設ける力設けないかでも配向規制力が異なり、配向膜のラビ ング処理の密度又は光配向膜への紫外光の照射強度によっても配向規制力が異な る。

[0016] コレステリック液晶層との界面に配向規制力を加えることで、プレーナ状態での選択 反射光はより指向性を持つようになる。図 4は、図 3のカラーコレステリック液晶表示素 子において、第 2の緑色パネル 10Gを明（反射)状態にし、第 1の青色パネル 10B及 び第 2の赤色パネルを暗 (透過）状態にして、 30度の入射角で照明し、垂直方向で 測定した分光反射率を示すグラフである。図示のように、ラビングを行うことにより、反 射率曲線はよりシャープな曲線になり、ピーク波長の反射率も 50%以上になる。

[0017] しかし、高密度のラビング処理を行って配向規制力を強くすると、プレーナ状態に お 、てコレステリック液晶の螺旋軸がほぼ基板法線方向となり、光が鏡面反射するた め、視野角が非常に狭くなるという問題を生じる。また、配向規制力を強くし過ぎると、 フォーカルコニック状態の維持が困難になり、双安定性が失われるという問題を生じ る。

[0018] このような問題を解決するため、特許文献 1は、プレーナ状態において、液晶の螺 旋軸が基板法線カゝら若干傾き、方位がランダムに異なるポリドメイン状態と、液晶の 螺旋軸が均一にほぼ基板法線方向であるモノドメイン状態とが混在する状態にする ことを記載している。具体的には、青色パネル、緑色パネル、赤色パネルの順でラビ ング密度が大きくなるようにし、更に、各パネルにおいて、非表示面側のラビング密度 を表示面側のラビング密度より大きくしている。このように、選択反射波長の長い液晶 層ほど配向規制力を強くしている。

[0019] 特許文献 1 :特開 2002— 116461号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0020] 特許文献 1に記載された構成では、フォーカルコニック状態が安定して維持され、 プレーナ状態での明度も向上する。特許文献 1もフォーカルコニック状態における散 乱に言及しており、フォーカルコニック状態におけるコレステリック液晶分子の螺旋軸 の方向を揃えることによりドメイン間の散乱が減少することを記載している。

[0021] しかし、特許文献 1に記載された構成では、実際にはフォーカルコニック状態にお ける散乱が増大してコントラストが低下することが判明した。

[0022] 本発明は、コレステリック液晶のフォーカルコニック状態における散乱を減少させて 、コントラストの高 、積層型の反射型液晶表示素子の実現を目的とする。

課題を解決するための手段

[0023] 上記目的を実現するため、本発明の積層型の反射型液晶表示素子は、特許文献 1に記載された構成とは逆に、選択反射波長の長 、液晶を注入した液晶層を有する 液晶パネルほど、パネルに施した液晶層の配向規制力が小さくする。

[0024] すなわち、本発明の積層型の反射型液晶表示素子は、異なる選択反射波長を有 するコレステリック液晶層をそれぞれ有する 2枚以上の液晶パネルを積層した積層型 の反射型液晶表示素子であって、選択反射波長の長 、液晶を注入した液晶層を有 する液晶パネルほど、該パネルに施した前記液晶層の配向規制力が小さ 、ことを特 徴とする。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1A]図 1Aは、コレステリック液晶による表示の原理を説明する図である。

[図 1B]図 1Bは、コレステリック液晶による表示の原理を説明する図である。

[図 2]図 2は、カラーコレステリック液晶表示装置の概要を示す図である。

[図 3]図 3は、カラーコレステリック液晶表示素子のパネル構造を示す図である。 [図 4]図 4は、コレステリック液晶表示素子における配向規制力の効果を示す図である

[図 5A]図 5Aは、本発明の原理を説明する図である。

[図 5B]図 5Bは、本発明の原理を説明する図である。

[図 5C]図 5Cは、本発明の原理を説明する図である。

[図 5D]図 5Dは、本発明の原理を説明する図である。

[図 6]図 6は、本発明の実施例のコレステリック液晶表示素子の構造及び製造方法を 説明する図である。

[図 7]図 7は、本発明の実施例のコレステリック液晶表示素子の構造及び製造方法を 説明する図である。

符号の説明

[0026] 1B 第 1液晶層（青色液晶層）

1G 第 2液晶層（緑色液晶層）

1R 第 3液晶層（赤色液晶層）

3、 4 基板

5 光吸収層

7、 8 接着層

10B 第 1パネル（青色パネル）

10G 第 2パネル（緑色パネル）

10R 第 3パネル（赤色パネル）

21 配向膜

23、 24 電極

発明を実施するための最良の形態

[0027] 本願発明者は、本発明の原理について考察を行った。図 5Aから図 5Dを使用して

、考察した原理を説明する。

[0028] 配向膜や光配向膜を設けな 、状態、配向膜を設けてもラビングしな 、かラビング密 度が小さ 、状態、光配向膜を設けても紫外光を照射して 、な 、か照射強度が弱く配 向規制力が弱い状態では、図 5Aに示すように、プレーナ状態では、液晶の螺旋軸 が基板法線カゝらランダムな方位で傾く。そのため、反射光は広い角度に分布する。こ の状態は視野角の点力 は見やす 、状態であるが、反射光の強度が十分とは 、え ない状態である。

[0029] そこで、パネルの基板 3及び 4の液晶層と接する面（内面）に配向膜又は光配向膜 を形成し、ラビング処理又は紫外光照射を行って、配向規制力を加える。これにより、 図 5Bに示すように、プレーナ状態では、液晶の螺旋軸が基板法線の方向になり、反 射光の指向性が強くなるが、その方向の反射率は高くなる。配向規制力の強さに応 じて反射光の指向性が変化する。

[0030] 反射光の指向性が非常に強くなると、鏡面的な反射となるので視認性が低下すると いう問題が生じる。そのため、高反射率 (明るさ）と視認性が適当な状態になるように、 配向規制力を適宜設定する。

[0031] ここで、各色のパネルにおけるプレーナ状態での配向規制力の影響を考える。前 述のように、選択反射波長の長いコレステリック液晶層ほど、液晶の螺旋軸のピッチ が長い。配向規制力は、螺旋軸の端の液晶分子の方向を規制する力であり、螺旋軸 のピッチが長いほど影響を受けやすいと考えられる。すなわち、同じ配向規制力であ れば、液晶の螺旋軸のピッチが長い第 1の赤色パネルほど液晶が均一に配向し、緑 色パネル、青色パネルの順で、液晶の配向の均一性が低下すると考えられる。

[0032] 一方、フォーカルコニック状態では、配向規制力が弱い時には、図 5Cに示すように 、液晶の螺旋軸は基板に平行な状態になる。フォーカルコニック状態では、液晶分 子は配向規制力の影響をあまり受けないと考えられるが、プレーナ状態力もフォー力 ルコニック状態に変化する時に、プレーナ状態における液晶の配向状態の影響を受 けると考えられる。言い換えれば、強い配向規制力によりプレーナ状態で液晶が均 一に配列していると、フォーカルコニック状態に変化する時にプレーナ状態における 強 ヽ配向規制力及び均一性のために、液晶の螺旋軸は基板に平行になりにく 、と 考えられる。そのため、配向規制力の強いパネルでフォーカルコニック状態に変化す ると、図 5Dに示すように、液晶の螺旋軸の方向が基板の面に対してばらつく状態に なり、散乱光が増大すると考えられる。

[0033] また、液晶層と配向膜の界面における光の散乱も考慮する必要があり、ラビング処 理により液晶層と配向膜の界面に微小な凹凸を生じると、界面での光散乱が増大す ると考免られる。

[0034] 以上説明したように、選択反射波長の異なるコレステリック液晶層を 2層以上積層し た反射型液晶表示素子において、各液晶パネルの液晶層との界面に同じ配向規制 力を持たせた場合、明度の向上は実現できるが、特に選択反射波長が長いパネル での散乱が増大してコントラストの低下を招く。

[0035] そこで、本発明では、特に選択反射波長が長いパネルほど配向規制力を弱めるこ とで、選択反射波長が長いパネルでの散乱を低減してコントラストの低下を生じない ようにする。

[0036] 次に、本発明の実施例の反射型液晶表示素子の構成及び製造方法を説明する。

[0037] 実施例の反射型液晶表示装置は、図 2に示したような概略構成を有する。この装置 で使用される本発明の反射型液晶表示素子 9は、図 3のようなパネル構造を有し、パ ネルの液晶層に接する部分の構成に特徴がある。

[0038] 図 6及び 7は、実施例の反射型液晶表示素子の構成及び製造方法を示す図である

[0039] 第 1の青色パネル 10Bの表示面と反対側の基板 4B、第 2の緑色パネル 10Gの表 示面と反対側の基板 4G及び第 3の赤色パネル 10Rの表示面と反対側の基板 4Rの 上に、透明電極層 23、絶縁層 22、及び配向膜 21を形成する。絶縁層 22は、組み立 て時の透明電極層の保護及び液晶層に印加する電圧の均一性を向上するために設 ける。なお、基板 4Rの外面には黒色の光吸収層 5を形成する。

[0040] 図示のように、ラビング装置のローラ 31で、基板 4B及び基板 4Gの配向膜 21の表 面をラビング処理するが、基板 4Rの表面はラビング処理しない。基板 4Bの表面のラ ビング処理は、ローラ 31を 1200rpmで回転させ、ローラ 31の押し込み量を 0. 20m mに設定して、 1回処理する。また、基板 4Gの表面のラビング処理は、ローラ 31を 90 Orpmで回転させ、ローラ 31の押し込み量を 0. 15mmに設定して、 1回処理する。こ こで、ラビング密度を、例えば、ラビング密度 =回数 X押し込み量 X (1 + (2 π X口 ーラ径 X回転数 Ζ60 Χステージ速度)）で表す。従って、基板 4Βのラビング密度は、 基板 4Gのラビング密度の 1. 78倍である。言い換えれば、基板 4Βの配向規制力は、 基板 4Gの配向規制力の約 1. 8倍である。なお、基板 4Rの表面はラビング処理しな いので、基板 4Rの配向規制力は、基板 4Gの配向規制力より小さい。

[0041] 次の工程では、上記の基板 4B、基板 4G及び基板 4Rの上にシール 6を設け、スぺ ーサ 25を散布する。

[0042] 別途、第 1の青色パネル 10Bの表示面側の基板 3B、第 2の緑色パネル 10Gの表 示面側の基板 3G及び第 3の赤色パネル 10Rの表示面側の基板 3Rの上に、それぞ れ透明電極層 23を形成した基板を用意しておく。これらの基板 3B、 3G、 3Rを、図 示のように、基板 4G及び基板 4Rに貼り付ける。

[0043] 次の工程では、このようにして得られたパネル内の空間に各色に対応したコレステリ ック液晶を注入して、封止することにより、第 1から第 3のパネル 10B、 10G及び 10R が得られる。

[0044] 次に、図 7に示すように、第 1から第 3のパネル 10B、 10G及び 10Rを、各パネルの 電極位置を合わせた上で、接着層 7及び 8を介して積層して固定する。以上のよう〖こ して、反射型液晶表示素子が完成する。

[0045] 上記の反射型液晶表示素子は、第 3の赤色パネル 10Rは、基板 3Rにラビング処理 が施されていないので、もっとも配向規制力が小さい。ラビング密度の小さな第 2の緑 色パネルの 10Gの配向規制力は、第 3の赤色パネル 10Rの配向規制力より大きいが 、第 1の青色パネル 10Bの配向規制力より小さい。一方、第 3の赤色パネル 10Rの液 晶層 1Rは、螺旋ピッチが長いので配向規制力により配向しやすぐ第 2の緑色パネ ルの 10Gの液晶層 1Gは液晶層 1Rよりは配向しやすいが、第 1の青色パネルの 10B の液晶層 1Gよりは配向しにくいという具合に逆である。これにより、すべての液晶層 1 B、 1G、 1Rのプレーナ状態での配向状態は同じようになり、明度をある程度向上さ せた上で、コントラストの低下の少な!/、実用に適した反射型液晶表示素子が得られる

[0046] 以上、本発明の実施例を説明した力 各種の変形例が可能である。例えば、各パ ネルの表示面側の基板 3B、 3G、 3Rには絶縁層や配向膜を設けていないが、特許 文献 1に記載された構成と同様に、それらを設けることも可能である。ただし、透過率 を向上して散乱を低減する上力 は実施例のように絶縁層や配向膜を設けないこと が望ましい。基板 3B、 3G、 3Rには絶縁層や配向膜を設けなくても、十分な反射強 度が得られる。

また、実施例では、ラビング処理により、配向規制力を異ならせる例を説明したが、 光配向膜を設けて、紫外光の照射強度を変えることにより配向規制力を異ならせこと も、配向膜のラビング処理と光配向膜の紫外光照射処理を組み合わせて配向規制 力を異ならせることも可能である。また、配向膜を斜めに蒸着することにより配向規制 力を異ならせることも可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 異なる選択反射波長を有するコレステリック相を示す液晶層をそれぞれ有する 2枚 以上の液晶パネルを積層した積層型の反射型液晶表示素子であって、

選択反射波長の長 、液晶を注入した液晶層を有する液晶パネルほど、該パネルに 施した前記液晶層の配向規制力が小さいことを特徴とする積層型の反射型液晶表 示素子。

[2] 表示面側に配置された液晶パネルの液晶層ほど選択反射波長が短く、

表示面側に配置された液晶パネルほど該パネルに施した前記液晶層の配向規制 力が大き!、請求項 1に記載の積層型の反射型液晶表示素子。

[3] 各液晶パネルは、前記液晶層と、該液晶層を挟持する 2枚の基板とを備え、

少なくとも一部の液晶パネルの少なくとも一方の基板は、表面に形成された透明電 極と、該下側透明電極上に形成された配向膜とを備え、

前記配向規制力の違いは、前記配向膜の有無による請求項 1に記載の積層型の 反射型液晶表示素子。

[4] 前記配向規制力の違いは、前記配向膜のラビング処理の有無及び密度による請 求項 3に記載の積層型の反射型液晶表示素子。

[5] 前記配向膜は光配向膜であり、前記配向規制力の違いは、前記光配向膜への紫 外線照射の有無及び強度による請求項 3に記載の積層型の反射型液晶表示素子。

[6] 各液晶パネルは、前記液晶層と、該液晶層を挟持する 2枚の基板とを備え、

各液晶パネルの表示面と反対側の基板は、表面に形成された下側透明電極と、該 下側透明電極上に形成された配向膜とを備え、

各液晶パネルの表示面側の基板は、表面に形成された上側透明電極を備え、配 向膜を有さな 、請求項 1に記載の積層型の反射型液晶表示素子。

[7] 少なくとも一部の液晶パネルの前記配向膜は、配向膜面に複数方向からのラビン グ処理が行われて 、る請求項 6に記載の積層型の反射型液晶表示素子。

[8] 各液晶パネルは、前記液晶層と、該液晶層を挟持する 2枚の基板とを備え、

各液晶パネルの表示面と反対側の基板は、表面に形成された下側透明電極と、該 下側透明電極上に形成された光配向膜とを備え、 各液晶パネルの表示面側の基板は、表面に形成された上側透明電極を備え、配 向膜を有さな 、請求項 1に記載の積層型の反射型液晶表示素子。

少なくとも一部の液晶パネルの前記配向膜は、配向膜面への複数方向からの紫外 線照射処理が行われて!/、る請求項 8に記載の積層型の反射型液晶表示素子。